(57)【要約】【課題】比較的大きなレベル変動を生ずる場合であっても、自動レベル制御手段を採用することなくその出力ＲＦ信号のレベル変動幅を小さく抑えることが可能なハーモニックミキサ回路を提供する。【解決手段】  ＬＯ入力ポート６から入力されるＬＯ信号を、不均等分配カプラ３によりその位相は同位相であるが振幅は互いに異なる２つのＬＯ信号に分配して同じ構造・特性をもつ２つのハーモニックミキサ１と２にそれぞれの入力する。一方、ＩＦ入力ポート７から入力されるＩＦ信号は、均等分配カプラ４により、同位相且つ同振幅（同信号レベル）の２つのＩＦ信号に分配して各ハーモニックミキサ１、２に入力する。ハーモニックミキサ１、２では、入力されたＬＯ信号とＩＦ信号のミキシングを行って互いに異なる信号レベルのＲＦ信号を生成し、合成カプラ５により同位相にて合成してＲＦ出力ポート８から出力する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＯ入力ポートから入力される局部発振周波数信号（ＬＯ信号）を同位相の第１および第２のＬＯ信号に分配する第１の分配手段と、ＩＦ入力ポートから入力される中間周波数信号（ＩＦ信号）を同位相且つ同信号レベルの第１および第２のＩＦ信号に分配する第２の分配手段と、前記第１のＬＯ信号と前記第１のＩＦ信号をミキシングして第１の無線周波数信号（ＲＦ信号）を出力する第１のハーモニックミキサと、前記第２のＬＯ信号と前記第２のＩＦ信号をミキシングして前記第１のＲＦ信号とは振幅（信号レベル）が異なる第２のＲＦ信号を出力する第２のハーモニックミキサと、前記第１のハーモニックミキサから出力される前記第１のＲＦ信号と前記第２のハーモニックミキサから出力される前記第２のＲＦ信号とを同位相で合成してＲＦ出力ポートから出力する合成手段とを備えていることを特徴とするハーモニックミキサ回路。
【請求項２】
前記第１および第２のハーモニックミキサには、前記ＬＯ信号とＩＦ信号を混合する手段としてアンチパラレルダーオードが用いられていることを特徴とする請求項１に記載のハーモニックミキサ回路。
【請求項３】
前記第１の分配手段を、前記分配される第１および第２のＬＯ信号の振幅（信号レベル）を互いに異なる信号レベルで出力する不均等分配カプラで構成することにより、前記第１のハーモニックミキサから出力される前記第１のＲＦ信号と前記第２のハーモニックミキサから出力される前記第２のＲＦ信号の振幅（信号レベル）を互いに異ならせたことを特徴とする請求項１または２に記載のハーモニックミキサ回路。
【請求項４】
前記不均等分配カプラによる前記第１および第２のＬＯ信号の分配比は、５〜９ｄＢに設定されていることを特徴とする請求項３に記載のハーモニックミキサ回路。
【請求項５】
前記第１の分配手段を、前記分配される第１および第２のＬＯ信号の振幅（信号レベル）を互いに異なる信号レベルで出力する抵抗分岐回路で構成することにより、前記第１のハーモニックミキサから出力される前記第１のＲＦ信号と前記第２のハーモニックミキサから出力される前記第２のＲＦ信号の振幅（信号レベル）を互いに異ならせたことを特徴とする請求項１または２に記載のハーモニックミキサ回路。
【請求項６】
前記抵抗分岐回路による前記第１および第２のＬＯ信号の分配比は、５〜９ｄＢに設定されていることを特徴とする請求項５に記載のハーモニックミキサ回路。
【請求項７】
前記第１および第２のハーモニックミキサを構成するそれぞれのアンチパラレルダイオードのアノード面積を互いに異ならせることにより、前記第１のハーモニックミキサから出力される前記第１のＲＦ信号と前記第２のハーモニックミキサから出力される前記第２のＲＦ信号の振幅（信号レベル）を互いに異ならせたことを特徴とする請求項２に記載のハーモニックミキサ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波帯、あるいはミリ波帯の送受信器で使用される周波数変換回路等に用いられるハーモニックミキサ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロ波帯あるいはミリ波帯の送受信器で使用される周波数変換回路として、一対のダイオードを互いに逆向きに並列接続したアンチパラレルダイオード等を用いることにより、局部発振周波数のほぼ２倍の周波数に変換された送信周波数信号を出力することができるハーモニックミキサ回路が提案されている（特許文献１〜３等参照）。
【０００３】
図６は、一般的なハーモニックミキサの内部回路構造を示しており、アンチパラレルダイオード１２を主な動作部品として、ショートスタブ１３とオープンスタブ１４、さらにＤＣブロックとしてのコンデンサ１５と１６、およびローパスフィルタとしてのインダクタ１７とコンデンサ１８などからなっている。ショートスタブ１３とオープンスタブ１４は、局部発振周波数ＦＬＯの波長に対して１／４の長さに設定されている。
【０００４】
このハーモニックミキサ回路のＬＯ端子に周波数ＦＬＯの局部発振周波数信号を入力し、ＩＦ端子に周波数ＦＩＦの中間周波数信号を入力すると、ＲＦ端子からは、
ＦＲＦ＝２×ＦＬＯ±ＦＩＦ
の周波数関係で周波数変換された周波数ＦＲＦの高周波信号が出力される。したがって、局部発振周波数ＦＬＯが直接発振の困難となるミリ波通信等では、ハーモニックミキサ回路を用いることによりＦＬＯの逓倍の必要がなくなるために回路規模がコンパクトにまとまる。
【０００５】
またハーモニックミキサ回路では、ＲＦ周波数近傍のスプリアスとなる２×ＦＬＯの成分の信号は原理的に抑圧されることとなる。以上のことより、ミリ波回路においては、ＩＦ→ＲＦへの周波数変換器としてハーモニックミキサ回路が用いられる機会が多くなっている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３０３６５０号公報
【特許文献２】特開平１１−２９８２５５号公報
【特許文献３】特開２００２−２９０１５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記ハーモニックミキサ回路では、例えば特許文献３に示されているように、局部発振信号（ＬＯ）の入力レベルが変動すると、それに伴って出力高周波信号（ＲＦ）のレベルが大きく変動する。図７は、一般的なハーモニックミキサのＩＦ→ＲＦの変換損失におけるＬＯ入力信号レベル依存性についての実際の動作特性例を示している。
【０００８】
即ち図７に示すように、ＬＯ入力レベルが小さい領域１では、ダイオードに流れる電流が小さすぎるためアンチパラレルダイオードが外部回路に比べてハイインピーダンスとなり不整合が生じ、ＩＦ→ＲＦ変換損失が大きくなる。領域２においては、ＬＯ入力レベルによりダイオードが適切にドライブされ、そのインピーダンスが外部回路と整合されているために、ＩＦ→ＲＦ変換損失が最小となっている。また領域３においては、ＬＯ入力レベルが過入力のためにダイオードに流れる電流が大きくなり、そのインピーダンスは外部回路にくらべローインピーダンスとなって不整合が生じ、ＩＦ→ＲＦ変換損失が増大している。
【０００９】
この動作特性図から明らかなように、ＬＯ入力信号レベル変動に対して、出力高周波信号（ＲＦ）のレベル変動を１ｄＢ程度の範囲内に抑えてＩＦ→ＲＦ変換損失を最適化するには、ＬＯ入力信号レベル変動を領域２の範囲内に設定する必要があるが、領域２の範囲は３〜４ｄＢ程度と限定されているために、ＬＯ入力信号レベルがそれ以上の範囲で変動するような場合には、ＬＯ入力レベルを自動制御する等の手段により高精度での管理が必要となってくる。
【００１０】
例えば、特許文献３には、ＲＦ信号出力用の第１のハーモニックミキサへのＬＯ信号入力レベルを所定レベル“Ｐ１”に制御することにより所望レベルのＲＦ信号を出力する技術が開示されているが、該特許文献記載の技術では、そのための制御信号の一部を得る目的で第２のハーモニックミキサを設けており、第１のハーモニックミキサと第２のハーモニックミキサに、同一レベルのＩＦ信号と異なるレベルのＬＯ信号を入力し、該第１のハーモニックミキサと第２のハーモニックミキサの出力信号を夫々検波し、検波した電圧の差に応じた制御信号を生成し、前記検波電圧の差が等しくなるように、前記第１および第２のハーモニックミキサに入力されるＬＯ信号のレベルを等しく制御している。
【００１１】
しかし、例えばミリ波帯においては、ミキサと外部回路とを結ぶインターフェイス部は周波数が高いため、ＲＦ信号レベルを検出する検波回路あるいはＬＯ信号レベルを調整する可変減衰器により不整合を生じやすく、そのため実際にミキサに入力されるＬＯ信号レベルを一定に保つように制御することは非常に困難となる。そのため、ミリ波帯においてハーモニックミキサを用いた実際の運用時には、その変換損失のＬＯ信号レベル依存性が大きいことから、ＲＦ出力を一定に保つことが難しくなっている。
【００１２】
本発明の目的は、ＦＲＦ＝２×ＦＬＯ±ＦＩＦの周波数関係で信号が変換されるハーモニックミキサにおいて、ハーモニックミキサに入力されるＬＯ信号レベルに、比較的大きなレベル変動を生ずる場合であっても、自動レベル制御手段を採用することなくその出力ＲＦ信号のレベル変動幅を小さく抑えることが可能なハーモニックミキサ回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のハーモニックミキサ回路は、ＬＯ入力ポートから入力される局部発振周波数信号（以下、ＬＯ信号）を同位相の第１および第２のＬＯ信号に分配する第１の分配手段と、ＩＦ入力ポートから入力される中間周波数信号（以下、ＩＦ信号）を同位相且つ同信号レベルの第１および第２のＩＦ信号に分配する第２の分配手段と、前記第１のＬＯ信号と前記第１のＩＦ信号をミキシングして第１の無線周波数信号（以下、ＲＦ信号）を出力する第１のハーモニックミキサと、前記第２のＬＯ信号と前記第２のＩＦ信号をミキシングして前記第１のＲＦ信号とは振幅（信号レベル）が異なる第２のＲＦ信号を出力する第２のハーモニックミキサと、前記第１のハーモニックミキサから出力される前記第１のＲＦ信号と前記第２のハーモニックミキサから出力される前記第２のＲＦ信号とを同位相で合成してＲＦ出力ポートから出力する合成手段とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
前記ＬＯ信号とＩＦ信号を混合する前記第１および第２のハーモニックミキサとして、好適には、アンチパラレルダーオードを用いたハーモニックミキサが使用される。
【００１５】
また、前記第１のハーモニックミキサから出力される前記第１のＲＦ信号と前記第２のハーモニックミキサから出力される前記第２のＲＦ信号の振幅（信号レベル）を互いに異ならせる手段としては、前記第１および第２のＬＯ信号に分配する第１の分配手段を不均等分配カプラで構成し、前記第１および第２のＬＯ信号の振幅（信号レベル）を互いに異ならせることにより実現可能である。
【００１６】
また、前記第１のハーモニックミキサから出力される前記第１のＲＦ信号と前記第２のハーモニックミキサから出力される前記第２のＲＦ信号の振幅（信号レベル）を互いに異ならせる別の手段として、該第１および第２のハーモニックミキサを構成するそれぞれのアンチパラレルダイオードのアノード面積を互いに異ならせることによって、実現することも可能である。
【００１７】
また、前記第１のハーモニックミキサから出力される前記第１のＲＦ信号と前記第２のハーモニックミキサから出力される前記第２のＲＦ信号の振幅（信号レベル）を互いに異ならせる別の手段として、前記第１および第２のＬＯ信号に分配する第１の分配手段を、分岐比を異ならせた抵抗分岐回路で構成し、前記第１および第２のＬＯ信号の振幅（信号レベル）を互いに異ならせることにより実現することも可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、並列に配置された２つのハーモニックミキサの出力を同位相で且つ互いに異なる振幅（信号レベル）となるように設定するとともに、これら２つのハーモニックミキサの出力を同位相で合成することにより、ＩＦ→ＲＦ変換損失のＬＯ入力レベル依存性を低減することができでるので、広範囲のＬＯ入力信号レベルに対してＲＦ出力信号のレベル変動を小さく抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態を示すハーモニックミキサ回路のブロック構成図である。本実施形態において、ハーモニックミキサ１と２は、夫々が例えば図６に示すようなアンチパラレルダイオードを主な動作部品として備えた、同じ構造および特性をもつハーモニックミキサとして構成されている。
【００２０】
図１において、ＬＯ入力ポート６から入力されるＬＯ信号は、不均等分配カプラ３により、その位相は同位相であるが振幅（信号レベル）は互いに異なる２つのＬＯ信号に分配され、該分配された２つのＬＯ信号が、この同じ構造・特性をもつ２つのハーモニックミキサ１と２に対してそれぞれの入力される。一方、ＩＦ入力ポート７から入力されるＩＦ信号は、均等分配カプラ４により、同位相且つ同振幅（同信号レベル）の２つのＩＦ信号に分配されて各ハーモニックミキサ１、２に入力される。
【００２１】
２つのハーモニックミキサ１、２では、それぞれに分配入力されたＬＯ信号とＩＦ信号のミキシングを行ってＲＦ信号を出力する。したがって、これら２つのハーモニックミキサ１、２からそれぞれ出力される２つのＲＦ信号は、その位相は同位相であるが、その振幅（信号レベル）は互いに異なっている。この２つのＲＦ信号は、合成カプラ５により同位相にて合成されてＲＦ出力ポート８から出力される。
【００２２】
図２は、本実施形態のハーモニックミキサ回路における「ＩＦ→ＲＦへの変換損失のＬＯ入力レベル依存性」を示すグラフである。図２において、「ＲＦ」はＬＯ信号およびＩＦ信号を分配せずに単体のハーモニックミキサに入力した場合の特性を示しており、「ｎｄＢ」は、不均等分配カプラ３の分配比をｎ（ｄＢ）とした場合の合成特性であり、分配比３ｄＢから１１ｄＢにおける各合成特性をグラフで示している。
【００２３】
不均等分配カプラ３の分配比ｎ（ｄＢ）が３〜４ｄＢの場合は、ＬＯ入力レベルは単体のハーモニックミキサの場合よりも大きくなることを除いて、ほぼ一定レベルのＲＦ信号を出力することが可能なＬＯ入力レベル範囲は３〜４ｄＢ程度であって単体のハーモニックミキサの場合との差はあまりないが、不均等分配カプラ３の分配比ｎ（ｄＢ）を５ｄＢ以上に増加させていくと、ＩＦ→ＲＦ変換損失自体は増大していくが、変換損失偏差１ｄＢ以下となるＬＯ入力範囲は広くなる。即ち、ＬＯ信号レベルが比較的大きく変動しても、ほぼ一定レベルのＲＦ信号を出力することが可能となる。ただし、分配比が１０ｄＢ以上になると、変換損失のＬＯレベル依存性に大きなＤＩＰが生じて変換損失偏差１ｄＢ以下となるＬＯレベルの変動領域がひとつの領域では規定できなくなる。
【００２４】
したがって、分配比は５〜９ｄＢの範囲が好ましい。このように本実施形態の場合、不均等分配比ｎ（ｄＢ）を適切に選ぶことにより、ハーモニックミキサ単体での場合に比べ広範囲のＬＯ入力信号レベルに対してＩＦ→ＲＦ変換損失を一定の値の範囲におさめることが可能となり、ＬＯ入力信号レベルが広範囲に変動するような場合にも、出力レベルの安定したＲＦ信号を得ることができる。
【００２５】
図３は、本実施形態のハーモニックミキサ回路において、不均等分配比ｎ（ｄＢ）に対するＩＦ→ＲＦへの変換損失および変換損失の偏差１ｄＢ以下となるＬＯ入力範囲の関係を示すグラフであり、図２の結果を分析したものである。
【００２６】
図２〜図３のグラフから、特に単体で構成したハーモニックミキサ回路と本実施形態のハーモニックミキサ回路において、不均等分配カプラ３の分配比を８（ｄＢ）とした場合の変換損失（Ｃｏｎｖ-Ｌｏｓｓ）の偏差１ｄＢ以下となるＬＯ入力（ＬＯＩＮ）の範囲とを比較すると、単体で構成したハーモニックミキサ回路では、
Ｃｏｎｖ-Ｌｏｓｓ＝９．０〜１０．０（ｄＢ）
ＬＯＩＮ＝＋４．５〜＋８．５（ｄＢｍ）
であるのに対して、本実施形態のハーモニックミキサ回路（分配比８ｄＢの場合）では、
Ｃｏｎｖ-Ｌｏｓｓ＝１２．５〜１３．５（ｄＢ）
ＬＯＩＮ＝＋６．０〜＋１４．５（ｄＢｍ）
となり、ＩＦ→ＲＦ変換損失の偏差が１ｄＢ以下となるＬＯ入力レベル範囲は、４．０ｄＢから８．５ｄＢに拡大されていることが分かる。
【００２７】
なお本実施形態では、単体で構成したハーモニックミキサ回路の場合よりも変換損失は増大するが、変換損失が増大したことによるＲＦ出力レベルの低下に対しては、ＩＦ入力レベルを予め一定レベル上昇させるか、あるいは増幅度固定のＲＦ増幅器を出力段に設ける等の手段により解決可能である。
【００２８】
このように、本実施形態のハーモニックミキサ回路を用いれば、従来の単一構成のハーモニックミキサに比べて、最低必要ＬＯレベル自体は上昇するが出力レベル偏差１ｄＢ以下となるＬＯ入力レベル範囲は広がるので、外部回路とミキサのＬＯ部の不整合が大きくＬＯ入力ポートへの実際のＬＯ信号レベルが不安定であっても、ＲＦ出力レベルを一定に保つことができる。
【００２９】
したがって、特にＬＯ信号やＲＦ信号の周波数が高いミリ波回路等において、本実施形態のハーモニックミキサ回路を用いることにより、ＬＯ入力回路に特別の整合回路を設けなくてもＲＦ出力レベルが一定となるため、周波数変換回路の設計も容易となり、コスト面でも有利となる。
【００３０】
図４は、本発明の第２の実施形態を示すハーモニックミキサ回路のブロック構成図である。
【００３１】
本実施形態では、ＬＯ信号を分配する分配カプラは、第１の実施形態における不均等分配カプラ３にかえてＬＯ信号を同振幅同位相で分配する均等分配カプラ９を使用し、その代わり、第１の実施形態において同構造・同特性で構成されているハーモニックミキサ１、２のうち、ミキサ２にかえて、ミキサ内部のアンチパラレルダイオードのアノード面積がミキサ１とは異なっている構造をもったミキサ１０を用いている。
【００３２】
アンチパラレルダイオードを構成要素とするハーモニックミキサの場合、変換損失が最小となるＬＯ信号入力レベルは、ダイオードのアノード面積に比例することとなる。したがって図４の構成をしたミキサ回路において、ミキサ１０内部のアンチパラレルダイオードのアノード面積を、ミキサ１内部のアンチパラレルダイオードのアノード面積よりも大きくすれば、ＬＯ動作ポイントの異なる２つのミキサを接続することと電気回路動作的には等価となる。
【００３３】
この動作状態は、本発明の動作状態と電気回路的には等価であるため、ミキサ１とミキサ１０とのアノード面積比を、本発明でのＬＯ分配比ｎｄＢ分配に相当するように定めれば、ミキサ回路全体としてみた場合には本発明と同等のＩＦ→ＲＦ変換損失のＬＯ入力レベル依存性を示すこととなる。
【００３４】
本実施形態は、回路をＭＭＩＣで構成する場合に特に有利となる。なぜならば、不均等分配カプラ３に比べて同振幅同位相カプラ９はその回路規模を小さく構成することが可能である。また、異なるアノード面積のダイオードを配置することもＭＭＩＣにおいては簡単かつ精度よく構成することが可能であるからである。
【００３５】
図５は、本発明の第３の実施形態を示すハーモニックミキサ回路のブロック構成図である。
【００３６】
本実施形態では、ＬＯ信号を不均等に分配する手段として、第１の実施形態における不均等分配カプラ３にかえて抵抗分岐回路１１を用いたことを特徴としている。本実施形態の場合、ＬＯ分岐において損失が発生する抵抗分岐回路１１を用いているため、変換損失最小となる必要ＬＯレベルは大きくはなるが、やはり同様な広いＬＯ入力信号範囲での一定な変換損失特性を得ることが可能である。
【００３７】
さらに本実施形態においては、通常分布定数回路で構成されるためにサイズが大きくなりがちな不均等分配カプラ３にかえて、集中定数で構成できる抵抗分岐回路１１を用いているために、上記各実施形態に比べて、回路サイズを更に一段と小さく構成することが可能である。このことより、本実施形態の構成は、回路をＭＭＩＣで構成する場合に非常に有利であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すハーモニックミキサ回路のブロック構成図である。
【図２】本実施形態のハーモニックミキサ回路における「ＩＦ→ＲＦへの変換損失のＬＯ入力レベル依存性」を示すグラフである。
【図３】本実施形態のハーモニックミキサ回路において、不均等分配比ｎ（ｄＢ）に対するＩＦ→ＲＦへの変換損失および変換損失の偏差１ｄＢ以下となるＬＯ入力範囲の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態を示すハーモニックミキサ回路のブロック構成図である。
【図５】本発明の第３の実施形態を示すハーモニックミキサ回路のブロック構成図である。
【図６】一般的なハーモニックミキサの内部回路構造を示す図である。
【図７】一般的なハーモニックミキサのＩＦ→ＲＦの変換損失の、ＬＯ入力信号レベル依存特性例を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，２，１０  ハーモニックミキサ
３  不均等分配カプラ
４，９  均等分配カプラ
５  合成カプラ
６  ＬＯ入力ポート
７  ＩＦ入力ポート
８  ＲＦ出力ポート
１１  抵抗分岐
１２  アンチパラレルダイオード
１３  ショートスタブ
１４  オープンスタブ
１５，１６，１８  コンデンサ
１７  インダクタ
【図１】
2006166213.tif 000003
【図２】
2006166213.tif 000004
【図３】
2006166213.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006166213.tif 000007
【図６】
2006166213.tif 000008
【図７】
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